JPH04158265A - ガスレートセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、産業上の利用分野 本発明は、ガスレートセンサに間し、特に、電磁ポンプ
を用いてガスを循環させ、全体構成を小形化すると共に
、特性を向上させるための新規な改良に関する。

ｂ、従来の技術 従来、用いられていたこの種のガスレートセンサとして
は、種々の構成が採用されているが、その中で代表的な
構成について述べると、第６図から第８図に示される特
願昭６１−２２４８６８号明細書の従来例に開示された
構成を挙げることができる。

図において、符号１で示されるものは全体がほぼ円筒状
をなし、その両端が開放された形状からなるケーシング
であり、このケーシング１の各端部は、ポンプホルダ２
及び中継端子板３によって各々閉塞され、ケーシング１
内が外部から遮断されている。

このポンプホルダ２には、電歪形のセラミック円板から
なる振動板４ａが設けられ、その周縁部がポンプホルダ
２に一体状に固着されることによって、電歪振動ポンプ
４（気体ポンプ）が形成されている。

又、このケーシング１の内部には、この振動板４ａから
所定距離だけ離間した位置に電極ホルダ５が配置され、
この電極ホルダ５は第５図に示されるように構成されて
いる。

すなわち、電極ホルダ５には、４個のガス案内孔５ａ〜
５ｄが形成され、さらに、４個の電極６ａ〜６ｄが、中
心軸に対して対称的に配置されている。これらの電極６
ａ〜６ｄのうち、電極６ａ及び６ｂ間及び６Ｃ及び６ｄ
間には、ホットワイヤ７ａ及び７ｂが溶着によって接続
されている。

さらに、前記ケーシング１内における前記中継端子板３
の近傍位置には、ノズル孔８及び補助孔９を有するノズ
ル板１０が設けられ、この中継端子板３とノズル板１０
との間には、それらのほぼ中間位置にダストプレート１
１が設けられている。

前記電歪振動ポンプ４（気体ポンプ）の振動板４ａと前
記ポンプホルダ２との間には、ポンプ室１２が形成され
ており、この電歪振動ポンプ４によって送り出されたガ
スは、ガス案内孔５ａ〜５ｄを経てガス流路１３に送ら
れる。

前記ケーシング１の中継端子板３の外方位置には、ＩＣ
からなる信号処理回路部１４が設けられ、この信号処理
回路部１４は、外部から電力を受け、又、ホットワイヤ
７ａ及び７ｂの出力信号を外部へ取り出すための中継端
子板３の中継端子１５に接続されている。

ス、前記中継端子板３には、リードビン１６が設けられ
、このリードビン１６は外部ケーシング１７に設けられ
た外部端子１８に接続されている。

前記外部端子１８は、前記電歪振動ポンプ４の作動に要
する電力及び前記ホットワイヤ７ａ及び７ｂを加熱する
ために要する電力を、信号処理回路ＩＩ！１４及びリー
ドビン１６を経ると共に、ケーシング１内の軸方向に配
設された複数のリード線１９を介して、適宜供給する作
用を有している。

又、この外部端子１８は、信号処理回路部１４を経た後
のホットワイヤ７ａ及び７ｂの出力信号を外部に出力さ
せる作用を有する。

従来のガスレートセンサは、前述したように構成されて
おり、以下に、その動作について説明する。

まず、電歪振動ポンプ４（気体ボンア）が通電されると
、振動板４ａが振動し、ポンプ室１２内のガスが圧縮さ
れ、この圧縮ガスはこの振動板４ａの吐出口４ｂ及び電
極ホルダ５の吐出口５ｅを介して流路１３に流れ、ノズ
ル板１０とダストプレート１１との間に形成された空間
に導かれ、ノズル孔８と補助口９とを経て、ケーシング
１内の中空円筒部ｌａ内の空間部ｌｂ内を、各電極６ａ
〜６ｄに向かって噴出される。

前述の圧縮ガスは、各Ｚ　極６　ａ〜６ｄに溶接された
各ホントワイヤ７ａ及び７ｂを均等に冷却した後、ガス
案内孔５ａ〜５ｄを経て振動板４ａに向かって排出され
、この排出ガスは再び電歪振動ポンプ４（気体ポンプ）
の作用によって、流路１３を経てノズル板１０に戻り、
ケーシング１内を矢印の方向に従って循環している。

前述の状態で、ケーシング１に角速度が印加されない場
合には、各ホットワイヤ７ａ及び７ｂは均一に冷却され
るが、外部から角速度が加えられた場きには、ガス流が
ケーシング１内において偏位し、各ホットワイヤ７ａ及
び７ｂの間において不均一状態が生じ、そのために各ホ
ットワイヤ７ａ及び７ｂ間には、微少な電圧差が発生し
、この電圧差を測定することにより、ケーシング１に加
わる角速度を検出することができる。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 従来のガスレートセンサは、以上のように構成されてい
たため、次のような課題が存在していた。

すなわち、従来構成においては、気体ポンプとして圧電
方式のバイモルフ型のポンプを用いてガスを循環させて
いたが、このバイモルフの形状寸法と固有振動数（共振
を利用している）は密接な関係があり、一般に小形化を
すると固有振動数が小さく且つ振動振巾も小さくなる。

従って、ガスレートセンサを小形化するためには、バイ
モルフを小形化しなければならないが、実際にはこのバ
イモルフの寸法を種々作ることは殆ど不可能で、一般に
市販されている標準仕様のバイモルフの寸法に合わせて
ガスレートセンサを製作するのが実態であった。

そのため、ガスレートセンサの特性向上及び小形化と云
う課題に対しては、バイモルフを用いたのでは限界があ
り、さらに、バイモルフの特性に関しては、バイモルフ
の固有振動周波数及び振動振巾の温度特性がガスレート
センサの特性向上の最大ネックとなっていた。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、電磁ポンプを用いてガスを循環させ、全
体構成を小形化すると共に、特性を向上させるようにし
たガスレートセンサを提供することを目的とする。

ｄ、　　Ｒ題を解決するための手段 本発明によるガスレートセンサは、ケーシングに設けら
れた気体ポンプと、前記ケーシング内に設けられた複数
のセンサとを有し、角速度入力時の前記気体ポンプから
送られた気体の偏りを前記各センサで検出するようにし
たガスレートセンサにおいて、前記気体ポンプは、保持
ケースに設けられた磁石と、前記磁石に対向して設けら
れた振動子と、前記振動子に設けられ前記磁石と対向す
る磁性体と、前記磁性体に設けられた１次コイル及び２
次コイルとよりなる電磁ポンプからなる構成である。

また、他の発明であるガスレートセンサは、ケーシング
に設けられた気体ポンプと、前記ケーシング内に設けら
れた複数のセンサとを有し、角速度入力時の前記気体ポ
ンプから送られた気体の偏りを前記各センサで検出する
ようにしたガスレートセンサにおいて、前記気体ポンプ
は、保持ケースに設けられた磁石と、前記磁石に対向し
て設けられた振動子と、前記振動子に設けられ前記磁石
と対向する磁性体と、前記磁性体に設けられた駆動コイ
ルとからなる電磁ポンプよりなり、前記振動子の変化状
態を検出するための振動子変化センサを備えた構成であ
る。

８１作用 本発明によるガスレートセンサにおいては、電磁ポンプ
の１次コイルの励磁によってポンプ駆動が行われ、他の
２次コイルによって振動子の変位量を検出し、この変位
量に基づいて前記１次コイルを駆動する振動子振巾を一
定としているため、振動子の変位量が変化した場合でも
、常に一定の気体（ガス）に制御することができる。

また、他の発明では、駆動コイルによって駆動される振
動子の変化が、光学的、容量検出的又は歪検出的な振動
子変化センサによって検出され、その検出値に基づいて
気体ポンプからの気体（ガス）速度を制御することによ
り、常に一定の気体（ガス）に制御することができる。

ｆ、実施例 以下、図面と共に本発明によるガスレートセンサの好適
な実施例について詳細に説明する。

尚、従来例と同−又は同等部分には、同一符号を用いて
説明する。

第１図から第５国道は、本発明によるガスレートセンサ
を示すためのもので、第１図は全体構成を示す断面図、
第２図は電磁ポンプの側面図、第３図は電磁ポンプの断
面図、第４図は駆動コイルを示す回路図、第５図はブロ
ック図である。

図において、符号１で示されるものは全体がほぼ円筒状
をなし、その両端が開放された形状からなるケーシング
であり、このケーシング１の一端１ａには、端子１８を
有する端子板の作用をなすポンプホルダ２が設けられて
いると共に、その他端１ｂには、断面コの字形をなす蓋
体２０及び輪状保持体２１が設けられている。

前記ポンプホルダ２の内面２ａには、磁石２２が設けら
れていると共に、このポンプホルダ２から離間した前記
ケーシング１内には、板状の振動子４ａを有する振動子
ホルダ２３が固定して設けられている。

前記振動子４ａは、柔軟性のある金属板で構成され、且
つ前記振動子ホルダ２３との間で空隙よりなるポンプ室
２４を構成するように輪状支持体２５を介して設けられ
ており、前記振動子ホルダ２３には、吐出孔２３ａが形
成されている。

前記振動子４ａには、駆動コイル２６を有する磁性体２
７が設けられており、この磁性体２７は前記磁石２２と
間隔りをおいて対応配設されている。

従って、前述のポンプホルダ２、磁石２２、磁性体２７
、駆動コイル２６、振動子４ａ、振動子ホルダ２３及び
吐出孔２３ａによって気体ポンプとしての電磁ポンプ４
を構成している。

前記振動子ホルダ２３に隣接する前記ケーシング１内に
は、電極ホルダ５の鍔部５ａが固定されており、こめ電
極ホルダ５の内側部５ｂには、従来構成と同様に、各一
対の棒状の電極６ａ、６ｃ及び６ｂ、６ｄ間に張設され
た一対のホットワイヤからなるセンサ７ａ、７ｂが設け
られている。

前記輪状保持体２１の中心に形成された保持孔２１ａに
は、長手形状のキャップ形をなすノズル体１０の一端１
０ａが嵌合保持されており、このノズル体１０の他端１
０ｂは、前記電極ホルダ５に接続されている。

従って、前記吐出孔２３ａから吐出されたガスは、前記
電極ホルダ５の第１貫通孔５ｃ、前記ノズル体１０の筒
形１０ｃとケーシング１間に形成されたガス通路３０、
前記輪状保持体２１に形成された第２貫通孔２１ｂ及び
ノズル体１０に形成されたノズル孔８を介して、矢印の
ように前記各センサ７ａ、７ｂに供給され、各センサ７
ａ。

７ｂを通過したガスは、再び、前記吐出孔２３ａからポ
ンプ室１２内に戻るように構成されている。

すなわち、前記吐出孔２３ａは、すでに周知技術である
が、第１Ａ図に示すように、振動子４ａの連続振動によ
り、矢印Ａに沿ってガスを吐出すると同時に、その周囲
から矢印Ｂに沿ってガスを吸入するように構成されてい
る。

前記駆動コイル２６は、第４図に示すように、駆動用の
１次コイル２６ａ及び振巾検出用の２次コイル２６ｂと
から構成され、この１次コイル２６ａには、第５５！Ｉ
で示されるように、前記振動子４ａを駆動するための駆
動信号３０ａが増巾器３０から印加されている。

前記増巾器３０には、加減算器３１を介して振動子振巾
設定信号３２が印加されており、前記駆動コイル２６の
２次コイル２６ｂからの振動子４ａの変位量２６ａＡ（
振巾変化）は、前記加減算器３１に印加されている。

本発明によるガスレートセンサは、前述したように構成
されており、以下に、その動作について説明する。

まず、振動子振巾設定信号３２が加減算器３１を介して
増巾器３０で増巾され、交流信号からなる駆動信号３０
ａとして、１次コイル２６ａに印加されると、磁石２２
との電磁作用に基づいて振動子４ａが振動し、ポンプ室
１２内のガスが圧縮され、この圧縮ガスは吐出口２３ａ
からガス流路３０を経て各センサ７ａ、７ｂに送られる
。

また、この圧縮ガスは、常に安定した一定の状態で各セ
ンサ７ａ、７ｂに送られるように制御するため、振動子
４ａの振巾の変化を２次コイル２６ｂで変位量２６ｂＡ
として検出し、加減算器３１に印加している。その結果
、加減算器３１で５振動子振巾設定信号３２と変位量２
６ｂ（振巾変化）の差が零となるように増巾器３０で信
号増巾し、振動子４ａの振巾を常に一定としている。

前述の圧縮ガスは、各センサ７ａ、７ｂを均等に冷却し
、密閉化されたケーシング１内を矢印の方向に沿って循
環している。

前述の状態で、ケーシング１に角速度が印加されない堝
きには、各ホットワイヤ７ａ及び７ｂは均−に冷却され
るが、外部から角速度が加えられた場合には、ガス流が
ケーシング内において層位し、各ホットワイヤ７ａ及び
７ｂの間において不均一状態が生じ、そのために各ホッ
トワイヤ７ａ及び７ｂ間には、微少な電圧差が発生し、
この電圧差を測定することにより、ケーシング１に加わ
る角速度を検出することができる。

尚、前述の振動子４ａの変位量である変化状態を、２次
コイル２６ｂによる振巾変化として説明したが、この振
巾変化に限ることなく、例えば、反射光を利用した光学
的な変化検出、コンデンサによる容量変化、歪ゲージに
よる歪検出とした場合も、前述と同等の作用効果を得る
ことができる。

また、センサ７ａ、７ｂも、ホットワイヤに限らず、歪
ゲージ等の他のセンサからなる振動子変化センサを用い
た場合も同等の作用効果を得ることができる。

ｇ１発明の効果 本発明によるガスレートセンサは、以上のように構成さ
れているため、次のような効果を得ることができる。

すなわち、１次コイルて駆動し、２次コイルで振動子の
変位量を検出し、この変位量に基づいて１次コイルへの
駆動信号の振巾を一定制御しているため、ポンプの形状
に拘わらず常に一定の振巾を得ることができ、特性の安
定化、小形化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５国道は、本発明によるガスシー３図は電
磁ポンプの断面図、第４図は駆動コイルを示す回路図、
第５図はブロック図、第６図から第８図は従来のガスレ
ートセンサを示すもので、第６図は断面図、第７図は要
部の側面図、第８図はブロック図である。 １はケーシング、２は保持クース、４は気体ポンプ（を
磁ポンプ）、７ａ、７ｂはセンサ、２２は磁石、２６は
駆動コイル、２６ａは１次コイル、２６ｂは２次コイル
、２７は磁性体である。 第１図 第１Ａ図 第２図　　　　第３Ｂ８ 第６図 第７図　　　　　　第８１３８

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシング（１）に設けられた気体ポンプ（４）
   と、前記ケーシング（４）内に設けられた複数のセンサ
   （７ａ、７ｂ）とを有し、角速度入力時の前記気体ポン
   プから送られた気体の偏りを前記各センサ（７１、７ｂ
   ）で検出するようにしたガスレートセンサにおいて、前
   記気体ポンプ（４）は、保持ケース（２）に設けられた
   磁石（２２）と、前記磁石（２２）に対向して設けられ
   た振動子（４ａ）と、前記振動子（４ａ）に設けられ前
   記磁石（２２）と対向する磁性体（２７）と、前記磁性
   体（２７）に設けられた１次コイル（２６ａ）及び２次
   コイル（２６ｂ）とよりなる電磁ポンプからなり、前記
   １次コイル（２６ａ）は振動子（４ａ）を振動させ、前
   記２次コイル（２６ｂ）は振動子（４ａ）の変位量を検
   出するように構成したことを特徴とするガスレートセン
   サ。
2. （２）ケーシング（１）に設けられた気体ポンプ（４）
   と、前記ケーシング（１）内に設けられた複数のセンサ
   （７ａ、７ｂ）とを有し、角速度入力時の前記気体ポン
   プから送られた気体の偏りを前記各センサ（７ａ、７ｂ
   ）で検出するようにしたガスレートセンサにおいて、前
   記気体ポンプ（４）は、保持ケース（２）に設けられた
   磁石（２２）と、前記磁石（２２）に対向して設けられ
   た振動子（４ａ）と、前記振動子（４ａ）に設けられ前
   記磁石（２２）と対向する磁性体（２７）と、前記磁性
   体（２７）に設けられた駆動コイル（２６）とからなる
   電磁ポンプよりなり、前記振動子（４ａ）の変化状態を
   検出するための振動子変化センサを備えたことを特徴と
   するガスレートセンサ。